תוהה מדוע תינוקות מנמנמים בימים מסוימים אך לא באחרים? או מדוע אנשים מבוגרים מתעוררים קודם לכן? מחקר מתמטי של ויסות שינה מספק כמה תשובות מפתיעות לשאלות אלה ואחרות, על פי מחקר חדש מאוניברסיטת סורי.
במאמר שפורסם בתזמון ובשינה ביולוגית, החוקרים ניתחו את המבנה המתמטי של מודל הדו-תהליכי (14:00) של ויסות שינה, שהוצע לראשונה בשנות השמונים. השעה 14:00 מסביר כיצד דפוסי השינה שלנו מעוצבים על ידי שני גורמים – לחץ לישון שבונה ככל שאנו ערים יותר ומצטמצם במהלך השינה, ואת הקצב הקרוב 24 שעות ביממה של שעון הגוף הפנימי שלנו.
צוות המחקר של סורי השתמש במתמטיקה כדי להראות כיצד השעה 14:00 משקף את מה שקורה במוח כשאנשים עוברים בין שינה לערות. הם הראו כי השעה 14:00 עוזר להסביר מדוע תינוקות בשלבי התפתחות מסוימים מתנמנמים בימים מסוימים ולא על אחרים, תופעה המכונה "גרם המדרגות של השטן" על ידי תיאורטיקני המתנד. וכי אותו מודל יכול להסביר דפוסי שינה במינים שאינם אנושיים.
צוות המחקר שילב גם את המתמטיקה של מיתוג שעון שינה עם המתמטיקה של השפעות האור על השעון הביולוגי. מודל משולב זה מסייע להסביר כמה תופעות שינה נגרמות כתוצאה משילוב של תהליכים פיזיולוגיים פנימיים והסביבה. לדוגמה, המודל עוזר להסביר מדוע בני נוער נוטים להירדם ולקום מאוחר יותר מילדים צעירים יותר. עלייה איטית יותר בלחץ השינה במהלך ערות פירושה שהם יכולים להישאר ערים יותר וחשיפה לאור בהיר בערב יכולה לדחוף שינה עוד יותר לאחור. המודל מציע גם דרכים חדשות לחשוב על דפוסים נפוצים אחרים. ממצא מפתיע אחד הוא שהתעוררות קודם לכן ככל שאנו מתבגרים עלולה לא להיות מונעת בעיקר על ידי שינויים בשעון הגוף, כפי שהניחו לעתים קרובות. במקום זאת, זה יכול לנבוע מאיך שהמערכות השונות השולטות בשינה מתקיימות אינטראקציה – וכיצד האינטראקציות הללו משתנות עם הגיל, הסביבה והביולוגיה הפרטנית.
עבודת הצוות מראה כי הדגם הזה של השעה 14:00 פלוס קל מציע דרך להבין מדוע אנשים מסוימים מתקשים להתעורר מוקדם או לישון בזמנים צפויים חברתית – לא בגלל ששעון הגוף שלהם נשבר, אלא בגלל שהסביבה (הקלה) שלהם או הביולוגיה דוחפים את שינה אחר כך.
מודל זה נותן לנו תקווה שניתן להבין טוב יותר בעיות שינה. על ידי שימוש במתמטיקה, אנו יכולים לראות כיצד שינויים קטנים באור, בשגרה או בביולוגיה משנים את השינה שלנו, ולבחון דרכים מעשיות לתמוך בשינה טובה יותר עבור כולם. זה צעד לעבר פתרונות מותאמים אישית ויעילים יותר המשפרים את חיי היומיום של האנשים. "
פרופסור אן סקלדון, ראש בית הספר למתמטיקה באוניברסיטת סורי ומחבר המחקר הראשי של המחקר
באמצעות מתמטיקה, החוקרים הצליחו להראות כי מודל האור של השעה 14:00 פלוס מתנהג כמו מערכת של מתנדים לא לינאריים-מתנד-שינה, תנודות של שעון הגוף והתבנית החשוכה האור שמגיעה למוחנו דרך עינינו.
הם מסבירים כיצד מתנד-שטח השינה אינו בדרך כלל עוקב אחר תבנית 24 שעות ביממה, אך זו האינטראקציה עם שעון הגוף והתבנית החשוכה האור שמאפשרת לנו מיושרים למחזור הלילה בתהליך המכונה הכניסה.
כדי לחקור עוד יותר את האופן שבו תנודות אלה מתקשרות, החוקרים מנהלים הדמיות מתמטיות באמצעות מודל האור של השעה 14:00 פלוס. הדמיות אלה מראות כי החיים בתוך רוב שעות היום ושמירה על האורות בערב משבשת את מערכת המתנד, ומשבשת את השינה שלנו. הדמיות אלה אפשרו להם לחזות מגוון התנהגויות, כמו העברת שינה לאחר חשיפה לאור מאוחרת בלילה או להתקשות לישון באופן קבוע.
פרופסור דרק-ג'אן דיק, מחבר משותף של המחקר ומנהל המרכז לחקר שינה של סורי באוניברסיטת סורי, אמר:
"עבודה זו מראה כיצד מתמטיקה יכולה להביא בהירות למשהו מורכב ואישי כמו שינה. עם הנתונים והמודלים הנכונים, אנו יכולים לתת עצות מותאמות יותר ולפתח התערבויות חדשות לשיפור דפוסי השינה עבור אלה שהנוחה שלהם מושפעת משגרה מודרנית, הזדקנות או מצבים בריאותיים."
